[發明專利]一種獲取磁懸浮分子泵轉子徑向懸浮中心的方法

有效

• 申請號: 201110356881.7
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN102425555A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 張剴;武涵;李奇志;張小章;鄒蒙
• 申請（專利權）人: 北京中科科儀技術發展有限責任公司;清華大學
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00;F04D19/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 劉守憲

技術領域

本發明涉及真空獲得設備技術領域，具體涉及一種獲取磁懸浮分子泵轉子徑向懸浮中心的方法。?

背景技術

磁懸浮分子泵是一種采用磁軸承作為分子泵轉子支承的分子泵，它利用磁軸承將轉子穩定地懸浮在空中，使轉子在高速工作過程中與定子之間沒有機械接觸，具有無機械磨損、能耗低、允許轉速高、噪聲低、壽命長、無需潤滑等優點，目前磁懸浮分子泵廣泛地應用于高真空度、高潔凈度真空環境的獲得等領域中。?

磁懸浮分子泵的一般內部結構如圖1所示，所述磁懸浮分子泵的轉子包括轉子軸7和與轉子軸7固定連接的葉輪1。所述葉輪1固定安裝在轉子軸7的上部；轉子軸7的中部依次間隔地套設有第一徑向保護軸承4、第一徑向位移傳感器5、第一徑向磁軸承6、電機8、第二徑向磁軸承9、第二徑向位移傳感器10和第二徑向保護軸承11等。其中，徑向保護軸承(所述第一徑向保護軸承4和所述第二徑向保護軸承11)的內徑小于徑向磁軸承(所述第一徑向磁軸承6和所述第二徑向磁軸承9)的內徑。理論上，所述第一徑向磁軸承6和所述第二徑向磁軸承同軸9，所述第一徑向保護軸承4和所述第二徑向保護軸承同軸11，且所述徑向保護軸承和所述徑向磁軸承同軸，即所述徑向保護軸承定子內圓中心和所述徑向磁軸承定子內圓中心重合。?

所述磁懸浮分子泵還配置有控制其運轉的控制器2，所述控制器2根據徑向位移傳感器(所述第一徑向位移傳感器5和所述第二?徑向位移傳感器10)的輸出信號運算分析得出轉子的徑向位移，進而驅動相應的所述徑向磁軸承輸出電磁力對轉子的徑向運動進行控制。其中，設置所述徑向保護軸承的目的在于：當所述控制器2出現故障或者由于外界擾動引起轉子失穩跌落時，由于所述徑向保護軸承的內徑小于所述徑向磁軸承定子的內徑，失穩的轉子會直接跌落在所述徑向保護軸承上，而不會接觸到所述徑向磁軸承，由此對所述徑向磁軸承起到保護作用。?

現有磁懸浮分子泵中的徑向磁軸承包括徑向磁軸承定子，徑向磁軸承定子的內壁均勻地設置有2^N個磁極，N為整數且2≤N≤5。將2^N個磁極分為X向磁極對組和Y向磁極對組，X向磁極對組和Y向磁極對組各包含兩個相對設置的磁極對，分別為X正向磁極對和X負向磁極對，Y正向磁極對和Y負向磁極對。每個磁極對中包含2^N-2個磁極，且每個磁極對上分別纏繞有線圈。其中，X正向磁極對和X負向磁極對上分別纏繞有X正向磁極對線圈和X負向磁極對線圈，通電后的X正向磁極對線圈和X負向磁極對線圈產生吸力，分別對轉子施加X正向電磁力和X負向電磁力；同樣地，Y正向磁極對線圈和Y負向磁極對線圈上分別纏繞有Y正向磁極對線圈和Y負向磁極對線圈，通電后的Y正向磁極對線圈和Y負向磁極對線圈產生吸力，分別對轉子施加Y正向電磁力和Y負向電磁力。?

如圖2所示，以N＝3為例，8個磁極均勻地設置在徑向磁軸承定子的內壁，8個磁極形成4個磁極對I-IV，磁極對I和磁極對III構成X向磁極對組，磁極對II和磁極對IV構成Y向磁極對組，磁極對I-IV上均纏繞有線圈。其中，磁極對I線圈和磁極對III線圈分別對轉子施加X正向電磁力和X負向電磁力；而磁極對II線圈和磁極對IV線圈分別對轉子施加Y正向電磁力和Y負向電磁力。?

理論上，控制器可以通過控制徑向磁軸承各個磁極對線圈中的電流，使轉子穩定地懸浮于所述徑向保護軸承定子內圓內的任意一?點，并且在磁懸浮分子泵工作過程中，當轉子受外界擾動力作用而發生運動時，控制器也能通過調整徑向磁軸承各個磁極對線圈中電流的大小，來對轉子相應地施加X方向電磁力或Y方向電磁力，從而克服外界擾動力對轉子的影響，使轉子復位。?

根據安培環路定律，徑向磁軸承各個磁極對線圈產生的電磁力大小與轉子到磁極對線圈的距離的平方呈反比。因此，各個磁極對線圈所產生的電磁力與轉子到磁極對線圈的距離呈非線性關系。根據現有磁懸浮分子泵控制理論，可知當轉子懸浮于徑向磁軸承定子內圓中心，且轉子偏離中心的位移較小時，可以將徑向磁軸承各個磁極對產生的電磁力與轉子到磁極對的距離的關系近似為線性關系，從而簡化控制過程。而且，當轉子懸浮于徑向磁軸承定子內圓中心時，轉子與徑向磁軸承各個磁極對線圈的距離相等，徑向磁軸承各磁極對線圈通入的電流大小相等，轉子受力比較均衡，此時磁懸浮分子泵系統穩定性較好。?